Document
Measurements and calculations of CO2-oil minimum miscibility pressure for Omani crude oils
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2014
Language
English
English abstract
In the Sultanate of Oman; there are still large remaining oil reserves that require implementation of the technically more challenging (EOR) applications processes. One EOR method for light oil reservoirs that has proven success in different parts of the world is CO2 injection.
CO2 injection could be very beneficial in reducing residual oil saturation levels, for its higher oil ultimate recovery and for its use in the Carbon Capture and Storage (CCS) that leads to desirable benefits on the environment.
Determining CO2-oil Minimum Miscibility Pressure (MMP) is the key parameter for the design and operations of successful CO2 miscible flood project. It is worthwhile mentioning that the miscibility with the oil at injection pressure of MMP occurs at CO2 supercritical conditions, which is the optimuin condition to become an efficient solvent.
This research study outlines the method of predicting CO2-oil MMP for different Omani light oil reservoirs. Pure CO2 (purity of 99.9%) gas was used for the CO2 oil Miscibility experiments and it was obtained locally from the Rusail industrial area. The method used in this research study involved two parts; part-1, consisted of the experimental work based on the Rising Bubble Apparatus (RBA) experiments to measure CO2-oil MMP for different Omani light oils reservoirs and part-2, of the research study contained the development of a mathematical model based on the resulting MMP values obtained from the experimental work in Part-1.
The RBA system was developed and constructed successfully internally in the most cost effective way, at SQU PVT Research Laboratory, with limited resources that required large amount of efforts and engineering thinking.
There is an advantage for the SQU RBA system compared to the existing industry RBA system, is that the thermodynamics behavior required for the CO2 miscibility in the oil is satisfied due to the fact that there is more mixing of the CO2 bubble in the oil contained in the larger diameter sapphire cell and thus less surface effects. In addition, the SQU RBA System is less expensive than the market one and the resulting cost saving is 148,400.000 Omani Rials. The built SQU RBA system is the first gas-oil miscibility apparatus in Oman and it provides accurate measurements of gas-oil MMP.
A new design has been discovered during this research study. In spite of the larger diameter of our experimental set-up compared to the commercial RBA system the new set-up allows the visual observation of the CO2 bubbles rising in the dark crude oil in the sapphire cell. This was achieved at no additional costs or minimal costs.
The SQU RBA CO2-oil MMP experiments were performed on 11 x Omani oil samples obtained from real oil reservoirs from oil companies in Oman. Successfully achieved CO2-oil MMP experimental measurements for 10 x Omani oil samples and the resultshad a range of 5512.50 kPa to 14550.01 kPa. The remaining oil sample due it's to poor quality was not possible for the CO2-oil MMP experimental measurement.
Equation of State (EOS) Phase behavior simulator software PVTPro5.2.1 was used in this research study for the planning and designing of the CO2-oil MMP experiments. PVTPro5.2.1 gave accurate prediction of CO2-oil MMP of up to 2.27% difference, for the oil samples compared to the experimental CO2-oil MMP values, except for one oil sample, the % difference was 28.36. The higher % difference of 28.36 was believed due to the oil sample had its bubble point pressure substantially lower than the initial reservoir pressure compared to the other remaining oil samples.
The mathematical models to predict the CO2-oil MMP were developed for the Omani light oil reservoirs in this research study. Artificial intelligence (AI) techniques were used for the development of the new mathematical models. These models were derived from the Particle Swarm Optimisation (PSO) and Artificial Neural Network (ANN) mathematical methods. Accurate predictions of CO2-oil MMP were achieved by using the newly developed PSO and ANN models with % deviation of 5.73 and 2.76 respectively. Therefore, the newly developed PSO and ANN models, in this research study, resulted in more accurate predictions of CO2-oil MMP for the Omani oil samples than the literature models predictions. It should be noted that the newly developed PSO and ANN models were constructed based on the approach that the literature CO2-oil MMP data were used for the training process of the models and the RBA experimental CO2-oil MMP results for the Omani oil samples collected from real oil reservoirs in the Part-1 of the research study were utilised for the testing of models for accurate prediction of the CO2-oil MMP. This gives an advantage to the newly developed PSO and ANN models that they are general models and they are capable of being applied for Oman light oil reservoirs and more widely.
The newly developed CO2-oil MMP PSO and ANN mathematical models for the prediction of the CO2-oil MMP, provide a fast and less time consuming method for the screening of potential Omani light oil reservoirs for CO2 flooding as an efficient EOR Method.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
في سلطنة عمان يوجد احتياطي نفطي كبير متبقي و الذي يحتاج الى تقنيات علمية متقدمة في مجالات الاستخراج النفطي المعزز. أحد هذه المجالات هي مجال الحقن بغاز ثاني أوكسيد الكربون في مكامن النفط الخفيف و التي اثبتت نجاحها على مستوى العالم.
الحقن بغاز ثاني أوكسيد الكربون يكون مفيد في تخفيض مستويات نسبة التشبع النفطي في المكمن و بالتالي يساعد على زيادة كمية النفط المستخرج النهائي و ايضا مفيد في مجال وضع غاز ثاني أوكسيد الكربون في المكامن النفطية في باطن الأرض و بالتالي يساعد في تخفيض نسبة الغاز في الهواء مما يساعد على تقليل الاضرار البيئية.
موضوع البحث هو الحصول على الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون في النفط العماني. هذا الضغط له اهمية قصوى لأنه يستخدم في تصميم و تشغيل محطات حقن غاز ثاني أوكسيد الكربون في مكامن النفط. الجدير بالذكر ان عند حقن غاز ثاني أوكسيد الكربون في مكمن النفط باستخدام الضغط اللازم لذوبان الغاز يكون غاز ثاني اوكسيد الكربون في حالة الفوق حرجة و هي الحالة النموذجية للوصول لأفضل درجات الذوبان في النفط و بالتالي الحصول على اعلى نسبة لاستخراج النفط
الدراسة تركز على حساب الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون في النفط العماني باستخدام عينات مجمعة من حقول النفط العماني الخفيف و هذه الحقول تقع في شمال عمان. بالنسبة للغاز المستخدم فهو غاز ثاني أوكسيد الكربون النقي (%99 . 9 ) و تم الحصول عليه من المنطقة الصناعية بالرسيل. تتكون الدراسة من جزئيين, الجزء الأول يتكون من القيام بعمل التجارب على عينات النفط العماني باستخدام جهاز Rising Bubble Apparatus و ذالك لقياس الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون لعينات النفط المجمعة من مكامن النفط الخفيف. أما الجزء الثاني فيتكون من بناء معادلة رياضية لحساب الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون في النفط بناء على النتائج الحاصل عليها في الجزء الأول من الدراسة
Rising Bubble Apparatus هو جهاز قد تم بنائه في مختبر النفط البحثي في جامعة السلطان قابوس بنجاح بتكلفة محدودة و ذالك لمحدودية التمويل و بالتالي فقد تطلب الى كثير من الجهد و التفكير الهندسي. هذا الجهاز يتميز على الأجهزة المتوفرة في قطاع النفط انه عند حقن غاز ثاني أوكسيد الكربون في عينة النفط فان فقاعة الغاز تكون مختلطة بعينة النفط من جميع الجهات وذالك لكبر قطر الخلية الزجاجية و بالتالي فهذا يوفر العوامل الحرارية الديناميكية اللازمة لحدوث ذوبان الغاز في النفط، ايضا في هذا الجهاز تم التوصل الى تصميم جديد الذي يتيح رؤية فقاعة الغاز و هي تصعد في الخلية الزجاجية المملوءة بالنفط الداكن. هذا الجهاز بعد اختباره اثبت دقة في قياسالضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون. تكلفة بناء هذا الجهاز أقل بكثير من الأجهزة المتوفرة في قطاع النفط و بالتالي فقد تم توفير مبلغ 000, 148 ريال عماني.
لقد تم عمل التجارب على 11 عينة من النفط العماني الخفيف منها 10 عينات تم القياس لها الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون و كان معدل الضغط يتراوح ما بين 50. 5512kPa الى 01. 14550kPa. اما بالنسبة للعينة المتبقية لم يتوصل لقياس الضغط و ذالك لعدم صلاحيتها.
لقد تم استخدام البرنامج PVTPro5. 2 . 1 الذي يتضمن قانون الفيزياء ((EOSEquation of Stateو ذالك لحساب الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون في عينات النفط. نتائج القيم التي توصل اليها برنامجVTPro5 . 2 . 1 ® كانت ايجابية و متقاربة لنتائج التجارب التي عملت على عينات النفط في الجزء الأول من البحث.هذا و كانت نسبة الفرق ما بين نتائج البرنامج و نتائج التجارب قليلة و هي في الحد الأعلى % 2.27 لكل العينات الا العينة واحدة و كانت النسبة % 36 . 28 و ذالك بسبب ان هذه العينة بها قراءة للضغط اللازم لخروج الفقاعة غير طبيعي لأنه اقل بكثير من الضغط الأولي للمكمن مقارنة بالعينات الاخرى.
بناء المعادلات الرياضية لحساب الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون في النفط بناء على النتائج الحاصل عليها في الجزء الأول من الدراسة كانت على اساس استخدام طرق (Artificial intelligence. ( AIو منها تم التوصل لمعادلة (Particle Swarm Optimization ( PSOو طريقة Artificial Neural Network (ANN). نتائج استخدام كل من معادلة (Particle Swarm Optimization( PSOايجابية و نسبة الفرق قليلة هي % 5 .
73 مقارنة مع نتائج التجارب المعمولة في الجزء الاول من البحث. أما بالنسبة لطريقة Artificial Neural Network فكانت نسبة الفرق % 2 . 76 مقارنة مع نتائج التجارب المعمولة في الجزء الأول من البحث. كل من النسبتين المذكورتين هن افضل من النسب الموجودة في المراجع النفطية. الجدير بالذكر أن البيانات المستخدمة في بناء كل من معادلة Pso و طريقة ANN كانت تتكون من جزئيين. الجزء الأول من البينات و هي كثيرة كان مصدرها من المراجع النفطية العالمية و الجزء الثاني من البيانات كانت مأخوذة من نتائج التجارب على عينات النفط العماني. هذا و قد استخدم الجزء الأول من البيانات التدريب طرق PSO و ANN و استخدام الجزء الثاني من البيانات للاختبار افضل الحلول التي تؤدي الى افضل النتائج لحساب الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون في النفط بناء على النتائج الحاصل عليها في الجزء الأول من البحث. هذا في حد ذاته لهو ميزة مضافة و هي أن ممكن استخدامهما و هي معادلة PSO و طريقة ANN في حقول النفط الخفيف في عمان و عالميا.
كل من معادلة PSO و طريقة ANN اللتين تم التوصل لهن في هذا البحث يمكن استخدامهما في حساب الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون في النفط في وقت اقل لدراسة مكامن النفط الخفيف في عمان لمعرفة المكامن الأفضل لحقن غاز ثاني أوكسيد الكربون لزيادة الانتاج في حقول النقط.
الحقن بغاز ثاني أوكسيد الكربون يكون مفيد في تخفيض مستويات نسبة التشبع النفطي في المكمن و بالتالي يساعد على زيادة كمية النفط المستخرج النهائي و ايضا مفيد في مجال وضع غاز ثاني أوكسيد الكربون في المكامن النفطية في باطن الأرض و بالتالي يساعد في تخفيض نسبة الغاز في الهواء مما يساعد على تقليل الاضرار البيئية.
موضوع البحث هو الحصول على الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون في النفط العماني. هذا الضغط له اهمية قصوى لأنه يستخدم في تصميم و تشغيل محطات حقن غاز ثاني أوكسيد الكربون في مكامن النفط. الجدير بالذكر ان عند حقن غاز ثاني أوكسيد الكربون في مكمن النفط باستخدام الضغط اللازم لذوبان الغاز يكون غاز ثاني اوكسيد الكربون في حالة الفوق حرجة و هي الحالة النموذجية للوصول لأفضل درجات الذوبان في النفط و بالتالي الحصول على اعلى نسبة لاستخراج النفط
الدراسة تركز على حساب الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون في النفط العماني باستخدام عينات مجمعة من حقول النفط العماني الخفيف و هذه الحقول تقع في شمال عمان. بالنسبة للغاز المستخدم فهو غاز ثاني أوكسيد الكربون النقي (%99 . 9 ) و تم الحصول عليه من المنطقة الصناعية بالرسيل. تتكون الدراسة من جزئيين, الجزء الأول يتكون من القيام بعمل التجارب على عينات النفط العماني باستخدام جهاز Rising Bubble Apparatus و ذالك لقياس الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون لعينات النفط المجمعة من مكامن النفط الخفيف. أما الجزء الثاني فيتكون من بناء معادلة رياضية لحساب الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون في النفط بناء على النتائج الحاصل عليها في الجزء الأول من الدراسة
Rising Bubble Apparatus هو جهاز قد تم بنائه في مختبر النفط البحثي في جامعة السلطان قابوس بنجاح بتكلفة محدودة و ذالك لمحدودية التمويل و بالتالي فقد تطلب الى كثير من الجهد و التفكير الهندسي. هذا الجهاز يتميز على الأجهزة المتوفرة في قطاع النفط انه عند حقن غاز ثاني أوكسيد الكربون في عينة النفط فان فقاعة الغاز تكون مختلطة بعينة النفط من جميع الجهات وذالك لكبر قطر الخلية الزجاجية و بالتالي فهذا يوفر العوامل الحرارية الديناميكية اللازمة لحدوث ذوبان الغاز في النفط، ايضا في هذا الجهاز تم التوصل الى تصميم جديد الذي يتيح رؤية فقاعة الغاز و هي تصعد في الخلية الزجاجية المملوءة بالنفط الداكن. هذا الجهاز بعد اختباره اثبت دقة في قياسالضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون. تكلفة بناء هذا الجهاز أقل بكثير من الأجهزة المتوفرة في قطاع النفط و بالتالي فقد تم توفير مبلغ 000, 148 ريال عماني.
لقد تم عمل التجارب على 11 عينة من النفط العماني الخفيف منها 10 عينات تم القياس لها الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون و كان معدل الضغط يتراوح ما بين 50. 5512kPa الى 01. 14550kPa. اما بالنسبة للعينة المتبقية لم يتوصل لقياس الضغط و ذالك لعدم صلاحيتها.
لقد تم استخدام البرنامج PVTPro5. 2 . 1 الذي يتضمن قانون الفيزياء ((EOSEquation of Stateو ذالك لحساب الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون في عينات النفط. نتائج القيم التي توصل اليها برنامجVTPro5 . 2 . 1 ® كانت ايجابية و متقاربة لنتائج التجارب التي عملت على عينات النفط في الجزء الأول من البحث.هذا و كانت نسبة الفرق ما بين نتائج البرنامج و نتائج التجارب قليلة و هي في الحد الأعلى % 2.27 لكل العينات الا العينة واحدة و كانت النسبة % 36 . 28 و ذالك بسبب ان هذه العينة بها قراءة للضغط اللازم لخروج الفقاعة غير طبيعي لأنه اقل بكثير من الضغط الأولي للمكمن مقارنة بالعينات الاخرى.
بناء المعادلات الرياضية لحساب الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون في النفط بناء على النتائج الحاصل عليها في الجزء الأول من الدراسة كانت على اساس استخدام طرق (Artificial intelligence. ( AIو منها تم التوصل لمعادلة (Particle Swarm Optimization ( PSOو طريقة Artificial Neural Network (ANN). نتائج استخدام كل من معادلة (Particle Swarm Optimization( PSOايجابية و نسبة الفرق قليلة هي % 5 .
73 مقارنة مع نتائج التجارب المعمولة في الجزء الاول من البحث. أما بالنسبة لطريقة Artificial Neural Network فكانت نسبة الفرق % 2 . 76 مقارنة مع نتائج التجارب المعمولة في الجزء الأول من البحث. كل من النسبتين المذكورتين هن افضل من النسب الموجودة في المراجع النفطية. الجدير بالذكر أن البيانات المستخدمة في بناء كل من معادلة Pso و طريقة ANN كانت تتكون من جزئيين. الجزء الأول من البينات و هي كثيرة كان مصدرها من المراجع النفطية العالمية و الجزء الثاني من البيانات كانت مأخوذة من نتائج التجارب على عينات النفط العماني. هذا و قد استخدم الجزء الأول من البيانات التدريب طرق PSO و ANN و استخدام الجزء الثاني من البيانات للاختبار افضل الحلول التي تؤدي الى افضل النتائج لحساب الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون في النفط بناء على النتائج الحاصل عليها في الجزء الأول من البحث. هذا في حد ذاته لهو ميزة مضافة و هي أن ممكن استخدامهما و هي معادلة PSO و طريقة ANN في حقول النفط الخفيف في عمان و عالميا.
كل من معادلة PSO و طريقة ANN اللتين تم التوصل لهن في هذا البحث يمكن استخدامهما في حساب الضغط اللازم لذوبان غاز ثاني أوكسيد الكربون في النفط في وقت اقل لدراسة مكامن النفط الخفيف في عمان لمعرفة المكامن الأفضل لحقن غاز ثاني أوكسيد الكربون لزيادة الانتاج في حقول النقط.
Category
Theses and Dissertations